JP7226262B2 - engine controller - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to an engine control device.
特許文献1には、ガソリン燃料を圧縮自己着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、質量燃焼割合が50%となるクランク角度と、質量燃焼割合が10%から50%になるクランク角度期間と、の関係が所定の関係となるように、圧縮自己着火燃焼の燃焼時期及び燃焼速度を制御する。これにより、このエンジンは、熱効率の向上、燃焼安定性の向上、及び、燃焼騒音の低減を図る。
本願出願人は、圧縮自己着火による燃焼として、SPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼を提案している。SPCCI燃焼は、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせた燃焼である。SI燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。CI燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。SPCCI燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、SI燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮自己着火により燃焼する形態である。尚、以下において、SPCCI燃焼を部分自己着火燃焼と呼ぶ場合がある。 The applicant of the present application has proposed SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition) combustion as compression self-ignition combustion. SPCCI combustion is combustion in which SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion are combined. SI combustion is combustion with flame propagation initiated by forced ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber. CI combustion is combustion initiated by compression autoignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber. In SPCCI combustion, the air-fuel mixture in the combustion chamber is forcibly ignited to start combustion by flame propagation. is a form that burns by compression ignition. In the following description, SPCCI combustion may be referred to as partial self-ignition combustion.
点火プラグが混合気に点火を行うことにより燃焼が開始するSI燃焼やSPCCI燃焼は、点火プラグの点火時期を調節することにより、燃焼時期を調節することができる。点火時期を進角することにより、混合気が進角側で燃焼すると、エンジンの熱効率が向上する。 In SI combustion and SPCCI combustion, in which combustion starts when a spark plug ignites an air-fuel mixture, the combustion timing can be adjusted by adjusting the ignition timing of the spark plug. By advancing the ignition timing, if the mixture burns on the advance side, the thermal efficiency of the engine is improved.
ところが、SPCCI燃焼は、点火時期が進角すると、SPCCI燃焼におけるCI燃焼の割合が多くなる。CI燃焼の割合が多くなると、燃焼騒音が相対的に大きくなる。SPCCI燃焼は、点火時期が進角すると燃焼騒音が大きくなってしまう。また、点火時期が進角し過ぎると、異常燃焼の発生によりエンジンの信頼性が低下する恐れもある。SPCCI燃焼を行うエンジンは、SI燃焼を行うエンジンとは異なり、燃焼騒音及び/又は信頼性を考慮して点火時期を設定しなければならない。 However, in SPCCI combustion, when the ignition timing is advanced, the proportion of CI combustion in SPCCI combustion increases. As the proportion of CI combustion increases, combustion noise increases relatively. In SPCCI combustion, combustion noise increases as the ignition timing advances. Further, if the ignition timing is advanced too much, abnormal combustion may occur, which may reduce the reliability of the engine. An engine that performs SPCCI combustion, unlike an engine that performs SI combustion, must set ignition timing in consideration of combustion noise and/or reliability.
ここに開示する技術は、SPCCI燃焼を行うエンジンの点火時期を適切に設定する。 The technique disclosed herein appropriately sets the ignition timing of an engine that performs SPCCI combustion.
本願出願人は、mfb50(mass fraction burned:質量燃焼割合50%となるクランク角)と、cplf(cylinder pressure level filtered:燃焼騒音指標)とは、相関が高いことに着目した。尚、燃焼騒音指標は、燃焼室内の圧力変化の周波数スペクトルである。 The applicant of the present application focused on the fact that mfb50 (mass fraction burned: crank angle at which mass fraction burned is 50%) and cplf (cylinder pressure level filtered: combustion noise index) are highly correlated. The combustion noise index is the frequency spectrum of pressure changes in the combustion chamber.
本願出願人は、mfb50とcplfとの関係に基づいて、目標とするmfb50を設定すると共に、目標のmfb50となるように点火時期を設定するロジックを完成させた。このロジックにおいて、目標とするmfb50は、混合気が部分自己着火燃焼を行う場合の、mfb50の最遅角位置に基づいて設定する。 The applicant of the present application set the target mfb50 based on the relationship between mfb50 and cplf, and completed the logic for setting the ignition timing to achieve the target mfb50. In this logic, the target mfb50 is set based on the most retarded position of mfb50 when the air-fuel mixture undergoes partial self-ignition combustion.
mfb50が遅すぎるような燃焼は、混合気は自己着火による燃焼を開始しないで火炎伝播による燃焼のみを行う。混合気が部分自己着火燃焼する場合、mfb50は、相対的に進角側に位置する。混合気が部分自己着火燃焼を行う場合の、mfb50の最遅角位置は、燃焼室内の状態等に応じて定まる。mfb50の最遅角位置は、燃焼室内の状態が変わると、変化する。
Combustion such that mfb50 is too slow, the mixture does not initiate combustion by autoignition, but only by flame propagation. When the air-fuel mixture undergoes partial self-ignition combustion, mfb50 is relatively positioned on the advance side. The most retarded position of
mfb50の最遅角位置は、混合気の自己着火モデルに基づいて推定できる。自己着火モデルは、例えば、アレニウスの式を基にした、燃焼室内の混合気の自己着火をモデル化した式としてもよい。 The most retarded position of mfb50 can be estimated based on a mixture autoignition model. The autoignition model may be, for example, an equation that models the autoignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber based on the Arrhenius equation.
mfb50の最遅角位置が定まると、当該最遅角位置を基準にして、cplfが制限値を超えない限度で、mfb50は進角できる。限界まで進角させたmfb50が、目標とするmfb50である。
When the most retarded position of
mfb50の進角限界を定めるために、mfb50の最遅角位置での燃焼時の、cplfを推定する。mfb50の最遅角位置での燃焼は、部分自己着火燃焼においてCI燃焼分が少ない燃焼である。当該部分自己着火燃焼のcplfは、SI燃焼のcplfと同じ又はほぼ同じとみなすことができる。そこで、mfb50の最遅角位置での燃焼時のcplfは、混合気が部分自己着火燃焼ではなく、SI燃焼をしたと仮定して推定してもよい。SI燃焼のcplfは、SI燃焼の燃焼波形に基づいて推定することができる。SI燃焼の燃焼波形は、例えばシミュレーションによって、又は、実際の燃焼データから取得することができる。 In order to determine the advance limit of mfb50, cplf during combustion at the most retarded position of mfb50 is estimated. Combustion at the most retarded position of mfb50 is combustion with a small amount of CI combustion in partial self-ignition combustion. The cplf of the partial self-ignition combustion can be regarded as the same or substantially the same as the cplf of the SI combustion. Therefore, cplf during combustion at the most retarded position of mfb50 may be estimated on the assumption that the air-fuel mixture undergoes SI combustion instead of partial self-ignition combustion. The cplf of SI combustion can be estimated based on the combustion waveform of SI combustion. The combustion waveform for SI combustion can be obtained, for example, by simulation or from actual combustion data.
mfb50の進角限界は、mfb50の最遅角位置での燃焼時のcplfの推定値と、cplfの制限値と、予め定めたmfb50とcplfとの関係と、に基づいて算出することができる。 The advance limit of mfb50 can be calculated based on an estimated value of cplf during combustion at the most retarded position of mfb50, a limit value of cplf, and a predetermined relationship between mfb50 and cplf.
mfb50の進角限界、つまり、mfb50の目標値を算出すれば、目標mfb50となる点火時期を設定する。設定された点火時期に、点火部が点火を行うと、燃焼室内の混合気は、mfb50が目標mfb50となるような部分自己着火燃焼をする。これにより、cplfは制限値を超えない。その結果、燃焼騒音の増大や、エンジンの信頼性の低下を抑制することができる。また、mfb50は可能な限度で進角しているから、燃費性能を向上させることができる。 Once the advance limit of mfb50, that is, the target value of mfb50 is calculated, the ignition timing that provides the target mfb50 is set. When the ignition unit ignites at the set ignition timing, the air-fuel mixture in the combustion chamber undergoes partial self-ignition combustion such that mfb50 becomes the target mfb50. This ensures that cplf does not exceed the limit. As a result, an increase in combustion noise and a decrease in reliability of the engine can be suppressed. In addition, since mfb50 is advanced as much as possible, fuel efficiency can be improved.
前記のロジックによって点火時期を制御すれば、エンジンの運転状態が一定、又は、ほぼ一定である定常時は、燃焼騒音の抑制と、燃費性能の向上とが両立する。ところが、エンジンの運転状態が変化する過渡時には、前記のロジックによって点火時期を制御しても、燃焼騒音が大きくなってしまうことに、本願発明者らは気づいた。 If the ignition timing is controlled according to the logic described above, combustion noise can be suppressed and fuel efficiency can be improved when the engine operating condition is constant or substantially constant. However, the inventors of the present invention have found that, even if the ignition timing is controlled by the logic described above, combustion noise increases during a transient period in which the operating state of the engine changes.
この技術課題について、本願発明者らが検討を重ねた結果、cplfの目標値の設定に問題があることがわかった。 As a result of repeated studies on this technical problem, the inventors of the present application have found that there is a problem in setting the target value of cplf.
前述したように、cplfの目標値は、cplfの制限値から設定される値であって、mfb50の進角限界の指標である。前記のロジックにおいては、燃焼変動(燃焼のばらつき)を考慮して、cplfが制限値を超えないように、cplfの目標値を、cplfの制限値よりも小さい値に設定していた。具体的には、蓄積をしたcplfの計測データに基づくcplfの標準偏差を利用して、cplfの制限値が、例えば3σとなるようにcplfの目標値を定めていた。尚、cplfの計測データは、ノイズの除去等を目的としてローパスフィルタ処理されている。 As described above, the target value of cplf is a value set from the limit value of cplf and is an index of the advance limit of mfb50. In the above logic, the target value of cplf is set to a value smaller than the limit value of cplf so that cplf does not exceed the limit value in consideration of combustion fluctuation (variation in combustion). Specifically, the standard deviation of cplf based on accumulated cplf measurement data is used to set the target value of cplf so that the limit value of cplf is, for example, 3σ. Note that the cplf measurement data is subjected to low-pass filter processing for the purpose of noise removal and the like.
ここで、SPCCI燃焼の変動の大きさは、mfb50の標準偏差によって表すことができる。mfb50の標準偏差は、mfb50の位置によって変わる。mfb50が遅角側であれば、mfb50の標準偏差は大きく、mfb50が進角側であれば、mfb50の標準偏差は小さい。cplfのばらつき度合いは、mfb50の標準偏差の影響を受けるため、cplfの標準偏差は、エンジンの運転状態によって変わる。 Here, the magnitude of variation in SPCCI combustion can be represented by the standard deviation of mfb50. The standard deviation of mfb50 varies with the position of mfb50. If mfb50 is on the retard side, the standard deviation of mfb50 is large, and if mfb50 is on the advance side, the standard deviation of mfb50 is small. Since the degree of variation in cplf is affected by the standard deviation of mfb50, the standard deviation of cplf varies depending on the operating conditions of the engine.
エンジンの定常時は、運転状態が時間の経過に対して一定、又は、ほぼ一定である。このため、燃焼変動は変化しない、又は、ほとんど変化しない。cplfの標準偏差も変化しない、又は、ほとんど変化しない。計測データに基づくcplfの標準偏差を利用して、cplfの制限値からcplfの目標値を定めることにより、エンジンの定常時は、cplfが制限値を超えることが抑制できる。 When the engine is steady, the operating state is constant or almost constant over time. Therefore, the combustion fluctuation does not change or hardly changes. The standard deviation of cplf also does not change or hardly changes. By determining the target value of cplf from the limit value of cplf using the standard deviation of cplf based on the measurement data, it is possible to prevent cplf from exceeding the limit value when the engine is stationary.
ところが、エンジンの運転状態が時間の経過に対して変化する過渡時には、エンジンの運転状態が刻々と変化することに伴い、燃焼変動も刻々と変化する。cplfの標準偏差も、エンジンの過渡時には刻々と変化する。ローパスフィルタ処理された計測データに基づくcplfの標準偏差は、時間の経過に対して変化が遅い。エンジンの過渡時に、計測データに基づくcplfの標準偏差を利用してcplfの目標値を定めると、cplfの目標値が、エンジンの運転状態に対して大きくずれてしまう。その結果、cplfが制限値を超えてしまう、つまり、燃焼騒音が大きくなってしまう。 However, when the operating state of the engine changes over time, the combustion fluctuation also changes from moment to moment as the operating condition of the engine changes from moment to moment. The standard deviation of cplf also changes moment by moment during engine transients. The standard deviation of cplf based on low-pass filtered measurement data changes slowly over time. If the target value of cplf is determined using the standard deviation of cplf based on measurement data during engine transients, the target value of cplf deviates greatly from the operating state of the engine. As a result, cplf exceeds the limit value, that is, combustion noise increases.
そこで、本願発明者らは、モデルを使ってcplfの標準偏差を予測すると共に、予測したcplfの標準偏差を利用してcplfの目標値を定めることにした。 Therefore, the inventors of the present application used a model to predict the standard deviation of cplf and determined the target value of cplf using the predicted standard deviation of cplf.
具体的に、ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。この制御装置は、
自動車に搭載されたエンジンの燃焼室に臨んで配設されかつ、点火信号に基づいて前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
前記計測部の計測信号を受けて演算を行うと共に、当該演算結果に基づく点火信号を、前記点火部に出力する制御部と、を備え、
前記計測部は、前記燃焼室内の圧力変化に対応する計測信号を出力する筒内圧センサを含み、
前記制御部は、前記点火部の点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの混合気が自己着火によって燃焼する部分自己着火燃焼が行われるよう、前記点火部に前記点火信号を出力し、
前記制御部は、
前記計測部の計測信号に基づいて設定される燃焼騒音指標(cplf)の制限値から、cplfの目標値を設定する目標値設定部と、
混合気の自己着火モデルに基づいて、前記混合気が部分自己着火燃焼を行う場合の、質量燃焼割合50%となるクランク角(mfb50)の最遅角位置を推定するmfb50推定部と、
前記目標値設定部が設定したcplfの目標値、mfb50推定部が推定したmfb50の最遅角位置、及び、予め定めたmfb50とcplfとの関係、に基づいて、cplfの目標値を満足する燃焼のmfb50を算出する目標mfb50算出部と、
前記目標mfb50算出部が算出した目標のmfb50となる点火時期を設定し、設定した点火時期に対応する点火信号を出力する点火時期設定部と、を有し、
前記目標値設定部は、
前記筒内圧センサの計測信号に基づく実際のcplfの標準偏差を算出する第1シグマ算出部と、
mfb50とmfb50のばらつきとの関係を表すmfb50-シグマモデルと、mfb50とcplfとの関係とに基づいて、前記cplfの制限値に対応するmfb50のばらつきから、前記cplfの制限値におけるcplfの標準偏差を算出する第2シグマ算出部と、
前記第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差を、前記第2シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に基づいて補正する補正部と、を有し、
前記目標値設定部は、前記cplfの制限値と、補正したcplfの標準偏差とに基づいて、cplfが前記制限値を超えないように、cplfの目標値を設定する。
Specifically, the technology disclosed herein relates to an engine control device. This control device
an ignition unit facing a combustion chamber of an engine mounted on an automobile and igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber based on an ignition signal;
a measurement unit that outputs measurement signals of parameters related to the operation of the engine;
A control unit that receives a measurement signal from the measurement unit and performs calculation, and outputs an ignition signal based on the calculation result to the ignition unit,
The measurement unit includes a cylinder pressure sensor that outputs a measurement signal corresponding to pressure changes in the combustion chamber,
The control unit causes the ignition unit to perform partial self-ignition combustion in which the remaining mixture burns by self-ignition after a part of the mixture starts combustion with flame propagation by ignition of the ignition unit. outputting the ignition signal;
The control unit
a target value setting unit that sets a target value of the cplf from a limit value of the combustion noise index (cplf) set based on the measurement signal of the measurement unit;
an mfb50 estimating unit that estimates the most retarded position of the crank angle (mfb50 ) at which the mass combustion ratio is 50% when the air-fuel mixture performs partial self-ignition combustion based on the self-ignition model of the air-fuel mixture;
Combustion that satisfies the target value of cplf based on the target value of cplf set by the target value setting unit, the most retarded position of mfb50 estimated by the mfb50 estimation unit, and the predetermined relationship between mfb50 and cplf a target mfb50 calculator that calculates the mfb50 of
an ignition timing setting unit that sets an ignition timing that becomes the target mfb50 calculated by the target mfb50 calculation unit and outputs an ignition signal corresponding to the set ignition timing;
The target value setting unit
a first sigma calculator that calculates the standard deviation of the actual cplf based on the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor;
Based on the mfb50-sigma model representing the relationship between mfb50 and mfb50 variation and the relationship between mfb50 and cplf, the standard deviation of cplf at the cplf limit from the mfb50 variation corresponding to the cplf limit a second sigma calculator that calculates
a correction unit that corrects the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculation unit based on the standard deviation of cplf calculated by the second sigma calculation unit;
The target value setting unit sets the target value of cplf based on the limit value of cplf and the corrected standard deviation of cplf so that cplf does not exceed the limit value.
前記の構成によると、目標値設定部は先ず、計測部の計測信号に基づいてcplfの制限値を設定する。cplfの制限値は、例えば商品性を考慮して、自動車の走行速度、及び/又は、エンジンの回転数及び負荷等に基づいて定まる。計測部は、自動車の走行速度、及び/又は、エンジンの回転数及び負荷等に関係するパラメータの計測信号を出力する。目標値設定部はまた、cplfの制限値からcplfの目標値を設定する。目標値設定部は、後述するように、燃焼変動を考慮して、cplfが制限値を超えないように、cplfの目標値を設定する。 According to the above configuration, the target value setting section first sets the limit value of cplf based on the measurement signal from the measurement section. The limit value of cplf is determined based on, for example, the running speed of the vehicle and/or the number of revolutions and load of the engine in consideration of marketability. The measurement unit outputs measurement signals of parameters related to the running speed of the vehicle and/or the number of revolutions and load of the engine. The target value setting unit also sets the target value of cplf from the limit value of cplf. As will be described later, the target value setting section sets the target value of cplf so that cplf does not exceed the limit value in consideration of combustion fluctuations.
目標mfb50算出部は、mfb50推定部が推定したmfb50の最遅角位置と、cplfの目標値と、予め定めたmfb50とcplfとの関係と、に基づいて、cplfの目標値を満足する部分自己着火燃焼のmfb50を算出する。そして、点火時期設定部が、目標のmfb50となる点火時期を設定し、設定した点火時期に対応する点火信号を出力する。このことによって、燃焼室の中で、混合気が部分自己着火燃焼をする。その部分自己着火燃焼のmfb50は、目標のmfb50となる。燃焼騒音の増大を抑制しながら、mfb50が可能な限度で進角することによって、エンジンの燃費性能が向上する。 The target mfb50 calculator calculates a partial self that satisfies the target value of cplf based on the most retarded position of mfb50 estimated by the mfb50 estimator, the target value of cplf, and a predetermined relationship between mfb50 and cplf. Calculate mfb50 for ignition combustion. Then, the ignition timing setting unit sets the ignition timing to achieve the target mfb50, and outputs an ignition signal corresponding to the set ignition timing. This results in partial self-ignition combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber. The mfb50 of the partial self-ignition combustion becomes the target mfb50. By advancing mfb50 to the extent possible while suppressing an increase in combustion noise, the fuel efficiency of the engine is improved.
前記の構成のエンジンの制御装置は、目標値設定部が、第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差と、第2シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差とから、cplfの目標値を設定する。これにより、目標値設定部は、cplfの目標値を適切に設定できる。 In the control device for the engine configured as described above, the target value setting unit determines the target value of cplf from the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculating unit and the standard deviation of cplf calculated by the second sigma calculating unit. set. Thereby, the target value setting unit can appropriately set the target value of cplf.
具体的に第1シグマ算出部は、筒内圧センサの計測信号に基づいて、実際のcplfの標準偏差を算出する。第1シグマ算出部は、筒内圧センサの計測信号を蓄積すると共に、蓄積した燃焼室内の圧力変化の情報から、cplfの標準偏差を算出する。 Specifically, the first sigma calculator calculates the standard deviation of the actual cplf based on the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor. The first sigma calculator accumulates the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor, and calculates the standard deviation of cplf from the accumulated information on the pressure change in the combustion chamber.
第2シグマ算出部は、mfb50-シグマモデルと、mfb50とcplfとの関係とに基づいて、cplfの制限値におけるcplfの標準偏差を算出する。第2シグマ算出部は、燃焼変動に係るモデルを使ってcplfの標準偏差を予測する。エンジンの過渡時においても、第2シグマ算出部は、cplfの標準偏差を、遅れることなく算出できる。 The second sigma calculator calculates the standard deviation of cplf at the cplf limits based on the mfb50-sigma model and the relationship between mfb50 and cplf. The second sigma calculator predicts the standard deviation of cplf using a model of combustion variation. Even during engine transition, the second sigma calculator can calculate the standard deviation of cplf without delay.
補正部は、第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差を、第2シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に基づいて補正する。補正部は、モデルを使って算出したcplfの標準偏差を、計測信号に基づいて算出したcplfの標準偏差に、フィードフォワード的に反映させる。 The correction unit corrects the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculation unit based on the standard deviation of cplf calculated by the second sigma calculation unit. The corrector feed-forwards the standard deviation of cplf calculated using the model to the standard deviation of cplf calculated based on the measurement signal.
目標値設定部は、cplfの制限値と、補正したcplfの標準偏差とに基づいて、cplfが制限値を超えないように、cplfの目標値を設定する。前述したように、計測信号に基づいて算出したcplfの標準偏差は、燃焼変動に係るモデルを使って算出したcplfの標準偏差によって補正されている。補正したcplfの標準偏差は、エンジンの過渡時におけるcplfのばらつきを表している。目標値設定部は、補正したcplfの標準偏差を使って、エンジンの過渡時に、cplfの目標値を適切に設定できる。 The target value setting unit sets the target value of cplf based on the limit value of cplf and the corrected standard deviation of cplf so that cplf does not exceed the limit value. As described above, the standard deviation of cplf calculated based on the measurement signal is corrected by the standard deviation of cplf calculated using a model related to combustion fluctuation. The corrected cplf standard deviation represents the cplf variation during engine transients. The target value setting unit can use the corrected standard deviation of cplf to appropriately set the target value of cplf during engine transients.
例えば運転者がアクセルペダルを踏み込んだ際に、燃焼騒音が、大幅に増大してしまうことが抑制される。また、エンジンの過渡時においても、mfb50が可能な限度で進角しているから、エンジンの燃費性能が向上する。 For example, when the driver depresses the accelerator pedal, combustion noise is prevented from increasing significantly. Further, even when the engine is in transition, mfb50 is advanced to the extent possible, so the fuel efficiency of the engine is improved.
前記補正部は、前記第2シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に対してローパスフィルタ処理をしない第1標準偏差と、前記ローパスフィルタ処理をした第2標準偏差との差を算出し、
前記補正部は、前記第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に、前記第1標準偏差と前記第2標準偏差との差を加える、としてもよい。
The correction unit calculates the difference between the first standard deviation without low-pass filtering and the second standard deviation after low-pass filtering with respect to the standard deviation of cplf calculated by the second sigma calculation unit,
The correction unit may add the difference between the first standard deviation and the second standard deviation to the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculation unit.
第1標準偏差は、モデルを使って算出したcplfの標準偏差に対してローパスフィルタ処理をしないため、エンジンの過渡時にも、遅れを含まない。第2標準偏差は、モデルを使って算出したcplfの標準偏差に対してローパスフィルタ処理をするため、エンジンの過渡時に、遅れを含む。エンジンの過渡時は、第1標準偏差と第2標準偏差との差が大きい。一方、エンジンの定常時は、第1標準偏差と第2標準偏差との差が無い、又は、差が小さい。 The first standard deviation does not include lag during engine transients because it does not low-pass filter the standard deviation of cplf calculated using the model. The second standard deviation contains lag during engine transients due to low pass filtering of the standard deviation of cplf calculated using the model. During engine transients, the difference between the first standard deviation and the second standard deviation is large. On the other hand, when the engine is stationary, there is no difference between the first standard deviation and the second standard deviation, or the difference is small.
補正部は、第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に、第1標準偏差と第2標準偏差との差を加える。前述したように、エンジンの定常時は、第1標準偏差と第2標準偏差との差が無い、又は、差が小さいため、第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差であって、計測信号に基づくcplfの標準偏差は、補正されない、又は、ほとんど補正されない。エンジンの定常時に、目標値設定部は、計測信号に基づくcplfの標準偏差に基づいて、cplfの制限値から目標値を定める。 The correction unit adds the difference between the first standard deviation and the second standard deviation to the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculation unit. As described above, when the engine is stationary, there is no difference between the first standard deviation and the second standard deviation, or the difference is small. The standard deviation of the signal-based cplf is not or hardly corrected. When the engine is stationary, the target value setting unit determines the target value from the limit value of cplf based on the standard deviation of cplf based on the measurement signal.
エンジンの過渡時は、第1標準偏差と第2標準偏差との差が大きいため、補正部は、計測信号に基づくcplfの標準偏差を、大きく補正する。エンジンの過渡時に、目標値設定部は、補正したcplfの標準偏差に基づいて、cplfの制限値から目標値を定める。 When the engine is in transition, the difference between the first standard deviation and the second standard deviation is large, so the correction unit greatly corrects the standard deviation of cplf based on the measurement signal. During engine transients, the target value setting unit determines the target value from the cplf limits based on the corrected standard deviation of cplf.
目標値設定部は、エンジンが定常時であるか、過渡時であるかを判断しない。エンジンの制御ロジックが簡便になる一方で、エンジンの定常時、及び、過渡時のそれぞれにおいて、燃焼騒音の抑制と、燃費性能の向上とが両立する。 The target value setting section does not determine whether the engine is in a steady state or in a transient state. While the control logic of the engine is simplified, both the suppression of combustion noise and the improvement of fuel efficiency are achieved both in the steady state and in the transient state of the engine.
前記第2シグマ算出部は、
前記cplfの制限値に対応するmfb50の1シグマに相当するcplfの標準偏差と、
前記cplfの制限値に対応するmfb50の2シグマに相当するcplfの標準偏差と、
前記cplfの制限値に対応するmfb50の3シグマに相当するcplfの標準偏差と、
の平均値を、前記cplfの制限値におけるcplfの標準偏差とする、としてもよい。
The second sigma calculator,
a standard deviation of cplf corresponding to 1 sigma of mfb50 corresponding to the cplf limit;
a standard deviation of cplf corresponding to 2 sigma of mfb50 corresponding to the cplf limit;
a standard deviation of cplf corresponding to the 3 sigma of mfb50 corresponding to the limit of cplf;
may be used as the standard deviation of cplf at the limit value of cplf.
こうすることで、第2シグマ算出部は、エンジンの運転状態が刻々と変化する過渡時に、mfb50のばらつき度合いに基づいて、cplfの制限値におけるcplfの標準偏差を、精度良く算出できる。 In this way, the second sigma calculator can accurately calculate the standard deviation of cplf at the limit value of cplf based on the degree of variation of mfb50 when the operating state of the engine changes from moment to moment.
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて混合気が部分自己着火燃焼を行ったか否かを判断すると共に、部分自己着火燃焼を行った場合には、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて計測した実際のcplfを用いて、前記mfb50とcplfとの関係を補正する、としてもよい。
The control unit determines whether partial self-ignition combustion of the air-fuel mixture has occurred based on the measurement signal of the cylinder pressure sensor, and if partial self-ignition combustion has occurred, measurement of the cylinder pressure sensor is performed. The actual cplf measured based on the signal may be used to correct the relationship between mfb50 and cplf.
こうすることで、実際に計測をした混合気の燃焼状態に基づいて、mfb50とcplfとの関係が補正される。制御部は、補正したmfb50とcplfとの関係に基づいて、目標のmfb50を、より一層、適切に設定することが可能になる。 By doing so, the relationship between mfb50 and cplf is corrected based on the actually measured combustion state of the air-fuel mixture. The control unit can more appropriately set the target mfb50 based on the corrected relationship between mfb50 and cplf.
前記mfb50推定部は、
混合気の自己着火モデル TCI
A ×PCI
B×(O2_rate)C ×φD /time=1
(但し、TCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の温度、PCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の圧力、O2_rateは燃焼室内の酸素濃度、φは混合気の当量比、timeは時間、A、B、C、Dはそれぞれ定数)、及び、
前記燃焼室内の圧力変化の関係式 PCI=PBDC×(VBDC/VCI)κ+Q×(κ-1)/VCI
(但し、PBDCは吸気下死点時の燃焼室内の圧力、VBDCは吸気下死点時の燃焼室内の体積、VCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の体積、Qは混合気の燃焼により発生する熱量、κは混合気の比熱比)
に基づいて、燃焼室内の混合気が自己着火を開始する時点の前記燃焼室の体積VCIを推定すると共に、推定した体積VCIから、mfb50の最遅角位置を推定する、としてもよい。
The mfb50 estimation unit
Self-ignition model of air-fuel mixture T CI A ×P CI B ×(O2_rate) C ×φ D /time=1
(However, T CI is the temperature in the combustion chamber when the air-fuel mixture self-ignites, PCI is the pressure in the combustion chamber when the air-fuel mixture self-ignites, O2_rate is the oxygen concentration in the combustion chamber, and φ is the equivalence ratio of the air-fuel mixture. , time is time, A, B, C, and D are constants), and
Relational expression of pressure change in the combustion chamber P CI = P BDC × (V BDC /V CI ) κ + Q × (κ - 1) / V CI
(However, P BDC is the pressure in the combustion chamber at intake bottom dead center, V BDC is the volume in the combustion chamber at intake bottom dead center, V CI is the volume in the combustion chamber when the mixture self-ignites, and Q is the mixture κ is the specific heat ratio of the air-fuel mixture)
, the volume V CI of the combustion chamber at the time when the air-fuel mixture in the combustion chamber starts self-ignition is estimated, and the most retarded position of
mfb50推定部は、混合気の自己着火モデルに基づいて、混合気が部分自己着火燃焼を行う場合の、mfb50の最遅角位置を、精度良く推定することができる。 The mfb50 estimator can accurately estimate the most retarded position of mfb50 when the air-fuel mixture performs partial self-ignition combustion based on the air-fuel mixture autoignition model.
以上説明したように、前記のエンジンの制御装置は、SPCCI燃焼を行うエンジンの点火時期を適切に設定できる。 As described above, the engine control device can appropriately set the ignition timing of the engine that performs SPCCI combustion.
以下、エンジンの制御装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジン、及び、エンジンの制御装置の一例である。 An embodiment of an engine control device will be described in detail below with reference to the drawings. The following description is an example of an engine and a control system for the engine.
図1は、圧縮着火式のエンジンシステムの構成を例示する図である。図2は、エンジンの燃焼室の構成を例示する図である。尚、図1における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図2における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図3は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a compression ignition engine system. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the combustion chamber of the engine. Note that the intake side in FIG. 1 is on the left side of the paper, and the exhaust side is on the right side of the paper. The intake side in FIG. 2 is on the right side of the paper, and the exhaust side is on the left side of the paper. FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of an engine control device.
エンジン1は、燃焼室17が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン1が運転することによって、自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
The
(エンジンの構成)
エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1及び図2では、一つのシリンダ11のみを示す。エンジン1は、多気筒エンジンである。
(Engine configuration)
The
各シリンダ11内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画する。尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。
A
シリンダヘッド13の下面、つまり、燃焼室17の天井面は、図2の下図に示すように、傾斜面1311と、傾斜面1312とによって構成されている。傾斜面1311は、吸気側から、後述するインジェクタ6の噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。傾斜面1312は、排気側から噴射軸心X2に向かって上り勾配となっている。燃焼室17の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
The lower surface of the
ピストン3の上面は燃焼室17の天井面に向かって隆起している。ピストン3の上面には、キャビティ31が形成されている。キャビティ31は、ピストン3の上面から凹陥している。キャビティ31は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ31の中心は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側にずれている。
The upper surface of the
エンジン1の幾何学的圧縮比は、10以上30以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼をコントロールする。エンジン1は、圧縮着火式エンジンである。しかし、このエンジン1は、ピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度(つまり、圧縮端温度)を高くする必要がない。エンジン1は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン1の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様(燃料のオクタン価が91程度の低オクタン価燃料)においては、14~17とし、ハイオク仕様(燃料のオクタン価が96程度の高オクタン価燃料)においては、15~18としてもよい。
The geometric compression ratio of the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、図示は省略するが、第1吸気ポート及び第2吸気ポートを有している。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
An
吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、燃焼室17と吸気ポート18との間を開閉する。吸気弁21は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図3に示すように、可変動弁機構は、吸気電動S-VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S-VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁21の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。
An
シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19も、第1排気ポート及び第2排気ポートを有している。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。
The
排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、燃焼室17と排気ポート19との間を開閉する。排気弁22は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図3に示すように、可変動弁機構は、排気電動S-VT24を有している。排気電動S-VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁22の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。
An
吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、吸気弁21と排気弁22との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室17の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入することができる。内部EGRシステムは、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24によって構成されている。尚、内部EGRシステムは、S-VTによって構成されるとは限らない。
The electric intake S-VT 23 and the electric exhaust S-VT 24 adjust the length of the overlap period during which both the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ6は、燃料噴射部の一例である。インジェクタ6は、傾斜面1311と傾斜面1312とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図2に示すように、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に位置している。インジェクタ6の噴射軸心X2は、中心軸X1に平行である。インジェクタ6の噴射軸心X2とキャビティ31の中心とは一致している。インジェクタ6は、キャビティ31に対向している。尚、インジェクタ6の噴射軸心X2は、シリンダ11の中心軸X1と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ6の噴射軸心X2と、キャビティ31の中心とは一致していてもよい。
An
インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ6は、図2に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ6は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。
Although detailed illustration is omitted, the
インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を圧送する。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴口から燃焼室17の中に噴射される。燃料供給システム61は、30MPa以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ6に供給することが可能である。インジェクタ6に供給する燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。
A
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25は、この構成例では、シリンダ11の中心軸X1よりも吸気側に配設されている。点火プラグ25は、2つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ25の電極は、図2に示すように、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ25を、シリンダ11の中心軸X1よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ25をシリンダ11の中心軸X1上に配置してもよい。
A
エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。燃焼室17に導入するガスは、吸気通路40を流れる。吸気通路40の上流端部には、エアクリーナー41が配設されている。エアクリーナー41は、新気を濾過する。吸気通路40の下流端近傍には、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート18に接続されている。
An
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調節することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調節する。
A
吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給する。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
A
過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、過給機44とエンジン1との間で、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ECU10が電磁クラッチ45の接続及び遮断を切り替えることによって、過給機44はオンとオフとが切り替わる。
An electromagnetic clutch 45 is interposed between the
吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44において圧縮されたガスを冷却する。インタークーラー46は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。
An
吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスするよう、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47には、エアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調節する。
A
ECU10は、過給機44をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を遮断したとき)に、エアバイパス弁48を全開にする。吸気通路40を流れるガスは、過給機44をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
The
過給機44をオンにすると、エンジン1は過給状態で運転する。ECU10は、過給機44をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を接続したとき)に、エアバイパス弁48の開度を調節する。過給機44を通過したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に逆流する。ECU10がエアバイパス弁48の開度を調節すると、燃焼室17に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク42内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
When the
この構成例においては、過給機44とバイパス通路47とエアバイパス弁48とによって、過給システム49が構成されている。
In this configuration example, a supercharging
エンジン1は、燃焼室17内に、スワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール流は、図2に白抜きの矢印で示すように流れる。スワール発生部は、吸気通路40に取り付けられたスワールコントロール弁56を有している。スワールコントロール弁56は、詳細な図示は省略するが、二つの吸気ポート18のうちの一方の吸気ポート18につながるプライマリ通路と、他方の吸気ポート18につながるセカンダリ通路との内の、セカンダリ通路に配設されている。スワールコントロール弁56は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、一方の吸気ポート18から燃焼室17に入る吸気流量が相対的に多くかつ、他方の吸気ポート18から燃焼室17に入る吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、二つの吸気ポート18のそれぞれから燃焼室17に入る吸気流量が略均等になるから、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流が発生しない。
The
エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。
An
排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。排気ガス浄化システムは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、GPFは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びGPFの並び順は、適宜変更してもよい。
An exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters is arranged in the
吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、排気ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流部に接続されている。EGR通路52を流れるEGRガスは、バイパス通路47のエアバイパス弁48を通らずに、吸気通路40における過給機44の上流部に入る。
An
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、排気ガスを冷却する。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる排気ガスの流量を調節する。EGR弁54の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調節することができる。
A water-cooled
この構成例において、EGRシステム55は、外部EGRシステムと、内部EGRシステムとによって構成されている。外部EGRシステムは、内部EGRシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室17に供給することができる。
In this configuration example, the
図1及び図3において、符号57は、クランクシャフト15に連結されたオルタネータ57である。オルタネータ57は、エンジン1によって駆動される。
1 and 3,
エンジンの燃焼制御装置は、エンジン1を運転するためのECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図3に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。
The engine combustion control device includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the
ECU10には、図1及び図3に示すように、各種のセンサSW1~SW17が接続されている。センサSW1~SW17は、信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
Various sensors SW1 to SW17 are connected to the
エアフローセンサSW1:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の流量を計測する
第1吸気温度センサSW2:吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する
第1圧力センサSW3:吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を計測する
第2吸気温度センサSW4:吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を計測する
第2圧力センサSW5:サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力を計測する
筒内圧センサSW6:各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力を計測する
排気温度センサSW7:排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を計測する
リニアO2センサSW8:排気通路50における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダO2センサSW9:上流の触媒コンバーターにおける三元触媒511の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
水温センサSW10:エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する
クランク角センサSW11:エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を計測する
アクセル開度センサSW12:アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する
吸気カム角センサSW13:エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する
排気カム角センサSW14:エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する
EGR差圧センサSW15:EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を計測する
燃圧センサSW16:燃料供給システム61のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ6に供給する燃料の圧力を計測する
第3吸気温度センサSW17:サージタンク42に取り付けられかつ、サージタンク42内のガスの温度、換言すると燃焼室17に導入される吸気の温度を計測する。
Airflow sensor SW1: arranged downstream of the
ECU10は、これらのセンサSW1~SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。制御ロジックは、メモリ102に記憶しているマップを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。
The
ECU100は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S-VT23、排気電動S-VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、スワールコントロール弁56、及び、オルタネータ57に出力する。
The
例えば、ECU10は、アクセル開度センサSW12の信号とマップとに基づいて、エンジン1の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ECU10は、目標過給圧と、第1圧力センサSW3及び第2圧力センサSW5の信号から得られる過給機44の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁48の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、過給圧が目標過給圧となるようにする。
For example, the
また、ECU10は、エンジン1の運転状態とマップとに基づいて目標EGR率(つまり、燃焼室17の中の全ガスに対するEGRガスの比率)を設定する。そして、ECU10は、目標EGR率とアクセル開度センサSW12の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標EGRガス量を決定すると共に、EGR差圧センサSW15の信号から得られるEGR弁54の前後差圧に基づいてEGR弁54の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量が目標EGRガス量となるようにする。
Further, the
さらに、ECU10は、所定の制御条件が成立している場合に空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にECU10は、リニアO2センサSW8、及び、ラムダO2センサSW9が計測した排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ6の燃料噴射量を調節する。
Furthermore, the
尚、その他のECU10によるエンジン1の制御の詳細は、後述する。
Other details of the control of the
(SPCCI燃焼のコンセプト)
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(SPCCI combustion concept)
The main purpose of the
SPCCI燃焼は、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼をすると共に、SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるCI燃焼をする形態である。
In the SPCCI combustion, the
SI燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収することができる。ECU10が点火時期を調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。
By adjusting the calorific value of SI combustion, it is possible to absorb temperature variations in the
SPCCI燃焼において、SI燃焼時の熱発生は、CI燃焼時の熱発生よりも穏やかである。SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、図4に例示するように、立ち上がりの傾きが、CI燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室17の中における圧力変動(dp/dθ)も、SI燃焼時は、CI燃焼時よりも穏やかになる。
In SPCCI combustion, the heat release during SI combustion is milder than that during CI combustion. As illustrated in FIG. 4, the waveform of the heat release rate in SPCCI combustion has a rising slope smaller than that in the waveform of CI combustion. Further, the pressure fluctuation (dp/dθ) in the
SI燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングθciで、変曲点Xを有する場合がある。 When the unburned air-fuel mixture self-ignites after the start of SI combustion, the slope of the heat release rate waveform may change from small to large at the timing of self-ignition. The heat release rate waveform may have an inflection point X at the timing θci at which CI combustion starts.
CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。しかし、CI燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。CI燃焼時の圧力変動(dp/dθ)も、比較的穏やかになる。 After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. Since CI combustion generates more heat than SI combustion, the heat release rate is relatively high. However, since the CI combustion is performed after the top dead center of the compression stroke, the slope of the heat release rate waveform is prevented from becoming too large. The pressure fluctuation (dp/dθ) during CI combustion also becomes relatively mild.
圧力変動(dp/dθ)は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りSPCCI燃焼は、圧力変動(dp/dθ)を小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。エンジン1の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。
Pressure fluctuation (dp/dθ) can be used as an index representing combustion noise. As described above, SPCCI combustion can reduce the pressure fluctuation (dp/dθ), so it is possible to avoid excessive combustion noise. Combustion noise of the
CI燃焼が終了することによって、SPCCI燃焼が終了する。CI燃焼は、SI燃焼に比べて、燃焼期間が短い。SPCCI燃焼は、SI燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。 The SPCCI combustion ends when the CI combustion ends. CI combustion has a shorter combustion period than SI combustion. The SPCCI combustion has an earlier combustion end timing than the SI combustion.
SPCCI燃焼の熱発生率波形は、SI燃焼によって形成された第1熱発生率部QSIと、CI燃焼によって形成された第2熱発生部QCIと、が、この順番に連続するように形成されている。 The heat release rate waveform of SPCCI combustion is formed such that the first heat release rate portion QSI formed by SI combustion and the second heat release portion QCI formed by CI combustion are continuous in this order. It is
ここで、SPCCI燃焼の特性を示すパラメータとして、SI率を定義する。SI率は、SPCCI燃焼により発生した全熱量に対し、SI燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。SI率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。SI率が高いと、SI燃焼の割合が高く、SI率が低いと、CI燃焼の割合が高い。SI率は、CI燃焼により発生した熱量に対するSI燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、SPCCI燃焼において、CI燃焼が開始するクランク角をCI燃焼開始時期θciとして、図4に示す波形801において、θciよりも進角側であるSI燃焼の面積QSIと、θciを含む遅角側であるCI燃焼の面積QCIとから、SI率=QSI/QCIとしてもよい。 Here, the SI rate is defined as a parameter that indicates the characteristics of SPCCI combustion. The SI rate is defined as an index related to the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the total amount of heat generated by SPCCI combustion. The SI rate is the heat quantity ratio generated by two combustions with different combustion modes. A high SI rate results in a high proportion of SI combustion, and a low SI rate results in a high proportion of CI combustion. The SI rate may be defined as the ratio of the amount of heat generated by SI combustion to the amount of heat generated by CI combustion. That is, in SPCCI combustion, the crank angle at which CI combustion starts is defined as the CI combustion start timing θci, and in the waveform 801 shown in FIG. From the area Q CI of the CI combustion on the side, the SI rate may be set to Q SI /Q CI .
(エンジンの運転領域)
図5は、エンジン1の制御に係るマップを例示している。マップは、ECU10のメモリ102に記憶されている。図5に例示するマップ504は、エンジン1の温間時のマップである。
(engine operating range)
FIG. 5 exemplifies a map related to control of the
マップ504は、エンジン1の負荷及び回転数によって規定されている。マップ504は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大別して三つの領域に分かれる。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域A1、低負荷領域A1よりも負荷が高い中高負荷領域A2、A3、A4、及び、低負荷領域A1、中高負荷領域A2、A3、A4よりも回転数の高い高回転領域A5である。中高負荷領域A2、A3、A4はまた、中負荷領域A2と、中負荷領域A2よりも負荷が高い高負荷中回転領域A3と、高負荷中回転領域A3よりも回転数の低い高負荷低回転領域A4とに分かれる。
The
ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にした場合の、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。図5の例では、回転数N1未満を低回転、回転数N2以上を高回転、回転数N1以上N2未満を中回転としている。回転数N1は、例えば1200rpm程度、回転数N2は、例えば4000rpm程度としてもよい。
Here, the low speed region, the middle speed region, and the high speed region are obtained by dividing the entire operating region of the
また、低負荷領域は、軽負荷の運転状態を含む領域、高負荷領域は、全開負荷の運転状態を含む領域、中負荷は、低負荷領域と高負荷領域との間の領域としてもよい。また、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン1の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にした場合の、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。
Also, the low load range may be a range including a light load operating state, the high load range may be a range including a fully open load operating state, and the medium load may be a range between the low load range and the high load range. In addition, the low load range, the medium load range, and the high load range each divide the entire operating range of the
図5のマップ504は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。図5のマップ504はまた、過給機44の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。エンジン1は、低負荷領域A1、中負荷領域A2、高負荷中回転領域A3、及び、高負荷低回転領域A4、において、SPCCI燃焼を行う。エンジン1はまた、それ以外の領域、具体的には、高回転領域A5においては、SI燃焼を行う。
A
(各領域におけるエンジンの運転)
以下、図5のマップ504の各領域におけるエンジン1の運転について詳細に説明をする。
(Engine operation in each area)
Operation of the
(低負荷領域)
エンジン1が低負荷領域A1において運転している場合に、エンジン1は、SPCCI燃焼を行う。
(Low load area)
When the
エンジン1の燃費性能を向上させるために、EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的に、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。
The
また、スワール発生部は、燃焼室17の中に、強いスワール流を形成する。スワールコントロール弁56は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。燃焼室17内に強いスワール流を発生させると、燃焼室17の外周部は強いスワール流れとなる一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなる。強いスワール流が形成された燃焼室17内にインジェクタ6が燃料を噴射することにより、燃焼室17の中央部の混合気は燃料が相対的に濃く、外周部の混合気は燃料が相対的に薄くなって、混合気を成層化することができる。
Also, the swirl generator forms a strong swirl flow in the
インジェクタ6は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室17の中に噴射する。複数回の燃料噴射と、燃焼室17の中のスワール流とによって、混合気は成層化する。
The
混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比よりもリーンである(つまり、空気過剰率λ>1)。より詳細に、燃焼室17の全体において混合気のA/Fは25以上31以下である。こうすることで、RawNOxの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。
The air-fuel ratio (A/F) of the air-fuel mixture is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio throughout the combustion chamber 17 (that is, excess air ratio λ>1). More specifically, the A/F of the air-fuel mixture in the
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ25は、燃焼室17の中央部の混合気に点火をする。点火時期は、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分した場合の終期としてもよい。
After the end of fuel injection, the
(中高負荷領域)
エンジン1が中高負荷領域A2~A4において運転している場合も、エンジン1は、低負荷領域A1と同様に、SPCCI燃焼を行う。
(medium and high load area)
Even when the
EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。具体的に、吸気電動S-VT23及び排気電動S-VT24は、排気上死点付近において、吸気弁21及び排気弁22の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部EGRガスが、燃焼室17の中に導入される。また、EGRシステム55は、EGR通路52を通じて、EGRクーラー53によって冷却した排気ガスを、燃焼室17の中に導入する。つまり、内部EGRガスに比べて温度が低い外部EGRガスを、燃焼室17の中に導入する。外部EGRガスは、燃焼室17の中の温度を、適切な温度に調節する。EGRシステム55は、エンジン1の負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。EGRシステム55は、全開負荷において、内部EGRガス及び外部EGRガスを含むEGRガスを、ゼロにしてもよい。
混合気の空燃比(A/F)は、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。三元触媒511、513が、燃焼室17から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン1の排出ガス性能は良好になる。混合気のA/Fは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2としてもよい。尚、エンジン1が、全開負荷(つまり、最高負荷)を含む高負荷中回転領域A3において運転している場合には、混合気のA/Fは、燃焼室17の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい(つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦1)。
The air-fuel ratio (A/F) of the air-fuel mixture in the
燃焼室17内にEGRガスを導入しているため、燃焼室17の中の全ガスと燃料との重量比であるG/Fは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のG/Fは18以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を抑制することができる。G/Fは18以上30以下において設定してもよい。また、G/Fは18以上50以下において設定してもよい。
Since the EGR gas is introduced into the
エンジン1の負荷が中負荷である場合に、インジェクタ6は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射を行う。インジェクタ6は、第一噴射を吸気行程の前半に行い、第二噴射を吸気行程の後半に行ってもよい。
When the load of the
また、エンジン1の負荷が高負荷である場合に、インジェクタ6は、吸気行程において燃料を噴射する。
Further, when the load of the
点火プラグ25は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする。エンジン1の負荷が中負荷である場合に、点火プラグ25は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい。エンジン1の負荷が高負荷である場合に、点火プラグ25は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。
The
(過給機の動作)
ここで、図5のマップ504に示すように、低負荷領域A1の一部、及び、中高負荷領域A2の一部においては、過給機44はオフである(S/C OFF参照)。詳細には、低負荷領域A1における低回転側の領域において、過給機44はオフである。低負荷領域A1における高回転側の領域においては、エンジン1の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機44はオフである。中高負荷領域A2における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機44はオンである。また、中高負荷領域A2における高回転側の領域においても過給機44はオンである。
(Operation of supercharger)
Here, as shown in the
尚、高負荷中回転領域A3、高負荷低回転領域A4、及び、高回転領域A5の各領域においては、その全域において過給機44がオンである(S/C ON参照)。
Note that the
(高回転領域)
エンジン1の回転数が高いと、クランク角が1°変化するのに要する時間が短くなる。燃焼室17内において混合気を成層化することが困難になる。エンジン1の回転数が高くなると、SPCCI燃焼を行うことが困難になる。
(high rotation area)
When the rotation speed of the
そこで、エンジン1が高回転領域A5において運転している場合に、エンジン1は、SPCCI燃焼ではなく、SI燃焼を行う。尚、高回転領域A5は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。
Therefore, when the
EGRシステム55は、燃焼室17の中にEGRガスを導入する。EGRシステム55は、負荷が高まるに従いEGRガスの量を減らす。EGRシステム55は、全開負荷では、EGRガスをゼロにしてもよい。
スワールコントロール弁56は、全開である。燃焼室17内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁56を全開にすることによって、充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
混合気の空燃比(A/F)は、基本的には、燃焼室17の全体において理論空燃比(A/F≒14.7)である。混合気の空気過剰率λは、1.0±0.2とすればよい。尚、エンジン1が全開負荷の付近において運転している場合には、混合気の空気過剰率λは1未満であってもよい。
The air-fuel ratio (A/F) of the air-fuel mixture is basically the stoichiometric air-fuel ratio (A/F≈14.7) in the
インジェクタ6は、吸気行程中に燃料噴射を開始する。インジェクタ6は、燃料を一括で噴射する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室17の中に、均質又は略均質な混合気が形成される。また、燃料の気化時間を長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。
The
点火プラグ25は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う。
The
(エンジンの基本制御)
図6は、ECU10が実行をするエンジン1の基本制御のフローを示している。ECU10は、メモリ102に記憶している制御ロジックに従いエンジン1を運転する。具体的にECU10は、各センサSW1~SW17の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、目標トルクを設定し、エンジン1が目標トルクを出力するように、燃焼室17の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火時期の調節を行うための演算を行う。
(Engine basic control)
FIG. 6 shows a flow of basic control of the
ECU10はまた、SPCCI燃焼を行う場合には、SI率とθciとの二つのパラメータを用いてSPCCI燃焼をコントロールする。具体的にECU10は、エンジン1の運転状態に対応する目標SI率及び目標θciを定め、実際のSI率が目標SI率に一致しかつ、実際のθciが目標θciとなるように、燃焼室17内の温度の調節と、点火時期の調節とを行う。ECU10は、エンジン1の負荷が低い場合には、目標SI率を低く設定し、エンジン1の負荷が高い場合には、目標SI率を高く設定する。エンジン1の負荷が低い場合には、SPCCI燃焼におけるCI燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン1の負荷が高い場合には、SPCCI燃焼におけるSI燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。
When performing SPCCI combustion, the
図6のフローのステップS121において、ECU10は、各センサSW1~SW17の信号を読み込み、続くステップS122において、ECU10は、アクセル開度に基づいて目標加速度を設定する。ステップS123において、ECU10は、設定した目標加速度を実現するために必要な目標トルクを設定する。
In step S121 of the flow of FIG. 6, the
ステップS124において、ECU10はエンジン1の運転状態を判断し、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比であるか(つまり、空気過剰率λ=1)であるか否かを判定する。λ=1である場合には、プロセスは、ステップS125に進み、λ≠1である場合には、プロセスは、ステップS129に進む。
In step S124, the
ステップS125~ステップS128は、エンジン1が、中負荷領域A2、高負荷中回転領域A3、高負荷低回転領域A4、及び、高回転領域A5において運転する場合に、各デバイスの制御目標値を設定するステップに相当する。ステップS125において、ECU10は、設定した目標トルクに基づいて、点火プラグ25の目標点火時期を設定する。続くステップS126において、ECU10は、設定した目標トルクに基づいて、燃焼室17内に充填する目標空気量を設定する。ステップS127において、ECU10は、設定した目標空気量に基づいて、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になるよう、燃料の目標噴射量を設定する。そして、ステップS128において、ECU10は、設定した目標空気量に基づいて、スロットル弁43の目標スロットル開度、スワールコントロール弁56の目標SCV開度、EGR弁54の目標EGR弁開度、並びに、吸気電動S-VT23の目標S-VT位相及び排気電動S-VT24の目標S-VT位相を設定する。
Steps S125 to S128 set control target values for each device when the
ステップS129~ステップS1212は、エンジン1が低負荷領域A1において運転する場合に、各デバイスの制御目標値を設定するステップに相当する。ステップS129において、ECU10は、設定した目標トルクに基づいて、点火プラグ25の目標点火時期を設定する。続くステップS1210において、ECU10は、設定した目標トルクに基づいて、燃料の目標噴射量を設定する。ステップS1211において、ECU10は、設定した目標噴射量に基づいて、混合気の空燃比が所定のリーン空燃比になるよう、燃焼室17内に充填する目標空気量を設定する。混合気の空燃比は、前述したように、25~31の間である。そして、ステップS1212において、ECU10は、設定した目標空気量に基づいて、スロットル弁43の目標スロットル開度、スワールコントロール弁56の目標SCV開度、EGR弁54の目標EGR弁開度、並びに、吸気電動S-VT23の目標S-VT位相及び排気電動S-VT24の目標S-VT位相を設定する。
Steps S129 to S1212 correspond to steps for setting control target values for each device when the
ステップS1213においてECU10は、ステップS128又はステップS1212において設定した目標値となるように、スロットル弁43のスロットル開度、スワールコントロール弁56のSCV開度、EGR弁54のEGR弁開度、並びに、吸気電動S-VT23のS-VT位相及び排気電動S-VT24のS-VT位相を調節する。
In step S1213, the
ステップS1214において、ECU10は、設定した目標噴射量に従い、インジェクタ6に所定のタイミングで燃料を噴射させる。続くステップS1215において、ECU10は、設定した目標点火時期に点火プラグ25に点火を実行させる。目標点火時期の設定については、後述する。
In step S1214, the
(目標点火時期の設定)
SPCCI燃焼及びSI燃焼は、点火プラグ25の点火時期を進角すると、混合気が燃焼する時期が進角をする。燃焼時期が進角すると、エンジン1の熱効率の向上に有利になる。
(Setting of target ignition timing)
In SPCCI combustion and SI combustion, when the ignition timing of the
SPCCI燃焼は、点火時期を進角させると、CI燃焼の割合が多くなる。SPCCI燃焼におけるCI燃焼の割合が多くなると、燃焼騒音が大きくなる。また、点火時期が進角し過ぎると、異常燃焼の発生によりエンジンの信頼性が低下する恐れもある。そこで、ECU10は、SPCCI燃焼を行う場合、燃焼騒音指標が許容値に収まる範囲で、点火時期を進角側に設定する。
In SPCCI combustion, the proportion of CI combustion increases as the ignition timing is advanced. Combustion noise increases as the proportion of CI combustion in SPCCI combustion increases. Further, if the ignition timing is advanced too much, abnormal combustion may occur, which may reduce the reliability of the engine. Therefore, when performing SPCCI combustion, the
SPCCI燃焼は、前述したように、点火プラグ25の点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの混合気が自己着火によって燃焼する。SPCCI燃焼において、点火時期から自己着火を開始するまでの期間は、燃焼室17内の状態等に応じて変化する。SPCCI燃焼は、点火時期が同じであっても、燃焼波形が変化する場合がある。SPCCI燃焼は、点火時期と、燃焼騒音指標であるcplfとの相関が低い。
In the SPCCI combustion, as described above, the
図7は、mfb50とcplfとの関係を例示している。SPCCI燃焼は、mfb50とcplfとの相関が高い。つまり、mfb50が進角すると、cplfは大きくなる。 FIG. 7 illustrates the relationship between mfb50 and cplf. SPCCI combustion has a high correlation between mfb50 and cplf. That is, when mfb50 advances, cplf increases.
mfb50が遅すぎるような燃焼は、混合気は自己着火による燃焼を開始しないで火炎伝播による燃焼(SI燃焼)のみを行う。mfb50が進角すると、混合気は自己着火による燃焼を開始する。つまり、混合気はSPCCI燃焼する。混合気がSPCCI燃焼を行う場合、mfb50の最遅角位置が、燃焼室17内の状態等に応じて定まる(自己着火mfb50(最遅角))。最遅角位置よりもmfb50が遅い燃焼は、自己着火による燃焼が開始しないSI燃焼のみになる。mfb50の最遅角位置は、燃焼室17内の状態等が変わると、変化する(図7の破線の矢印参照)。
Combustion such that mfb50 is too slow, the air-fuel mixture does not initiate combustion by auto-ignition, but only burns by flame propagation (SI combustion). When mfb 50 advances, the air-fuel mixture begins to self-ignite. That is, the air-fuel mixture is SPCCI-burned. When the air-fuel mixture performs SPCCI combustion, the most retarded position of mfb50 is determined according to the state in the combustion chamber 17 (self-ignition mfb50 (most retarded angle)). Combustion with mfb50 later than the most retarded position is only SI combustion in which combustion by self-ignition does not start. The most retarded position of
混合気がSI燃焼する場合は、mfb50の進角量に対するcplfの増大量は、相対的に小さい。つまり、図7に示す、mfb50の最遅角位置よりも右側の直線の傾きは小さい。CI燃焼は、SI燃焼よりも燃焼騒音が大きい。混合気がSPCCI燃焼する場合は、mfb50の進角量に対するcplfの増大量は、相対的に大きい。つまり、図7に示す、mfb50の最遅角位置よりも左側の直線の傾きは大きい。SPCCI燃焼は、SI燃焼とは、燃焼騒音に関する特性が異なる。
When the air-fuel mixture undergoes SI combustion, the amount of increase in cplf relative to the advance amount of mfb50 is relatively small. That is, the slope of the straight line to the right of the most retarded position of
図7の破線は、cplfの制限値を例示している。cplfの制限値は、商品性を考慮して、自動車の走行速度や、エンジン1の回転数及び負荷等に基づいて定まる。
The dashed line in FIG. 7 illustrates the limiting value of cplf. The limit value of cplf is determined based on the running speed of the vehicle, the number of rotations of the
mfb50は、cplfの制限値を超えない範囲で、進角させることができる。例えば図7の実線と破線との交点を、mfb50の目標値とすることができる。mfb50の目標値が定まれば、ECU10は、mfb50が目標値となるように点火時期を定めることができる。
mfb50 can be advanced within a range not exceeding the limit value of cplf. For example, the intersection of the solid line and the dashed line in FIG. 7 can be set as the target value of mfb50. Once the target value of mfb50 is determined, the
図8は、ECU10の機能ブロックの構成を示している。図8に示す機能ブロックは、点火時期の設定に関係する。機能ブロックは、cplf目標値設定部10a、mfb50推定部10b、cplf推定部10c、目標mfb50算出部10d、点火時期設定部10e、CI影響割合算出部10f、cplf算出部10g、mfb50算出部10hを含んでいる。
FIG. 8 shows the configuration of functional blocks of the
cplf目標値設定部10a、mfb50推定部10b、cplf推定部10c、目標mfb50算出部10d、及び点火時期設定部10eは、センサSW1~SW17の計測信号に基づいて、点火時期を設定する機能ブロックである。これらの機能ブロックは、フィードフォワード制御により点火時期を設定する。
The cplf target
CI影響割合算出部10f、cplf算出部10g、及びmfb50算出部10hは、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて、後述するモデルや関係式の補正を行う機能ブロックである。これらの機能ブロックは、フィードバック制御によって、点火時期の設定に関与する。
The CI influence
cplf目標値設定部10aは、cplfの制限値から、cplfの目標値を設定する。cplf目標値設定部10aは、cplfの制限値を、前述したように、センサSW1~SW17の計測信号から得られる、自動車の走行速度やエンジン1の回転数及び負荷等に基づいて設定する。cplf目標値設定部10aは、cplfの制限値からcplfの目標値を設定する。具体的に、cplf目標値設定部10aは、図9に示すように、混合気の燃焼により生じるcplfのばらつきを考慮し、cplfが制限値を超えないように、cplfの目標値を、cplfの制限値よりも小さい値に設定する(図9の白抜きの矢印参照)。具体的にcplf目標値設定部10aは、これまでに蓄積をしたcplfの計測データに基づくcplfの標準偏差を利用して、cplfの制限値が、例えば3σとなるように、cplfの目標値を定める。
The cplf target
mfb50推定部10bは、前述したmfb50の最遅角位置を推定する。mfb50推定部10bは、具体的には、混合気の自己着火モデルと、燃焼室17内の圧力変化の関係式とに基づいて、mfb50の最遅角位置を推定する。
The
混合気の自己着火モデルは、式(1)で表される。自己着火モデルは、アレニウスの式をベースにしたモデル式である。 A self-ignition model of air-fuel mixture is represented by Equation (1). The autoignition model is a model formula based on the Arrhenius formula.
TCI
A ×PCI
B×(O2_rate)C ×φD /time=1 …(1)
但し、TCIは混合気が自己着火する時の燃焼室17内の温度、PCIは混合気が自己着火する時の燃焼室17内の圧力、O2_rateは燃焼室17内の酸素濃度、φは混合気の当量比、timeは時間、A、B、C、Dはそれぞれ定数、である。
T CI A × P CI B × (O2_rate) C × φ D /time = 1 (1)
However, T CI is the temperature in the
O2_rateは、燃焼室17内に導入される新気及びEGRガスの量に基づいて定まる。φは、燃焼室17内に導入される新気、EGRガス、及び燃料の量に基づいて定まる。timeは、エンジン1の回転数から定まる。
O2_rate is determined based on the amounts of fresh air and EGR gas introduced into the
燃焼室内の圧力変化の関係式は、式(2)で表される。 A relational expression of the pressure change in the combustion chamber is represented by Equation (2).
PCI=PBDC×(VBDC/VCI)κ+Q×(κ-1)/VCI …(2)
但し、PBDCは吸気下死点時の燃焼室内の圧力、VBDCは吸気下死点時の燃焼室内の体積、VCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の体積、Qは混合気の燃焼により発生する熱量、κは混合気の比熱比である。PBDCは、サージタンク42に取り付けられた第2圧力センサSW5の計測信号に基づいて定まる。Qは、ECU10が記憶している燃焼モデルから定まる。κは燃焼室17内のガス組成に基づいて定まる。
PCI = P BDC × (V BDC /V CI ) κ + Q × (κ - 1) / V CI … (2)
However, P BDC is the pressure in the combustion chamber at intake bottom dead center, V BDC is the volume in the combustion chamber at intake bottom dead center, V CI is the volume in the combustion chamber when the air-fuel mixture self-ignites, and Q is the air-fuel mixture. is the specific heat ratio of the air-fuel mixture. P BDC is determined based on the measurement signal of the second pressure sensor SW5 attached to the
mfb50推定部10bは、式(1)及び(2)から、燃焼室17内の混合気が自己着火を開始する時点の燃焼室17の体積VCIを推定する。VCIの推定時には、例えば1次近似を利用してもよい。
The
体積VCIを推定すれば、当該SPCCI燃焼の燃焼波形を定めることができる。燃焼波形が定まれば、mfb50が定まる。つまり、mfb50推定部10bは、体積VCIを推定し、推定した体積VCIから、mfb50を推定する。推定したmfb50は、混合気がSPCCI燃焼を行う場合の、mfb50の最遅角位置である(図9の上図91の自己着火mfb50(最遅角)を参照)。
By estimating the volume VCI , the combustion waveform of the SPCCI combustion can be determined. Once the combustion waveform is determined, mfb50 is determined. That is, the
cplf推定部10cは、mfb50推定部10bが推定したmfb50の最遅角位置におけるcplfを推定する(図9の上図91の「推定cplf」を参照)。mfb50の最遅角位置での燃焼は、SPCCI燃焼におけるCI燃焼分が少ない燃焼である。mfb50の最遅角位置での燃焼時のcplfは、混合気がSPCCI燃焼ではなく、SI燃焼をしたと仮定して推定することができる。cplf推定部10cは、SI燃焼時のcplfを、SI燃焼時の燃焼波形に基づいて算出する。SI燃焼時の燃焼波形は、例えばシミュレーションによって、又は、実際の燃焼データから取得することができる。より具体的に、cplfは、燃焼室17内の圧力変化(dp/dt)との相関が高い。そこで、cplf推定部10cは、SI燃焼時のmfb10とmfb50との区間における熱発生Qの変化率((0.5Q-0.1Q)/(mfb50-mfb10))と、燃焼室17の体積Vと、エンジン回転数に基づく時間と、から、dp/dtを算出すると共に、算出したdp/dtからcplfを推定する。
The cplf estimator 10c estimates the cplf at the most retarded position of mfb50 estimated by the
目標mfb50算出部10dは、cplf目標値設定部10aが設定したcplfの目標値と、cplf推定部10cが推定したmfb50の最遅角位置におけるcplfと、に基づいてmfb50の目標値を算出する。目標mfb50算出部10dは、mfb50の最遅角位置に対して、mfb50を進角させることが可能な進角量を算出する。
The target mfb50 calculation unit 10d calculates the target value of mfb50 based on the target value of cplf set by the target cplf
前述したように、cplfは燃焼室17内の圧力変化(dp/dt)との相関が高い。mfb50が進角すると、mfb50時点での燃焼室17の体積が小さくなり、燃焼室17内の圧力変化も大きくなる。従って、最遅角位置におけるmfb50時点の燃焼室17の体積に対する、当該最遅角位置よりもmfb50が進角した燃焼におけるmfb50時点の燃焼室17の体積の比(以下、これを体積比という)と、cplfとの間には、図9の下図92に示すように相関がある。つまり、体積比が小さくなると、cplfは大きくなる。尚、mfb50の最遅角位置に応じて、体積比とcplfとの相関関係は変化する。つまり、mfb50の最遅角位置に応じて、図9の下図92の直線の傾きは変化する。
As described above, cplf has a high correlation with the pressure change (dp/dt) inside the
目標mfb50算出部10dは、cplfの目標値と、推定cplfと、体積比とに基づいて、図9に実線の矢印で示すように、cplfの目標値を満足する体積比を算出する。目標mfb50算出部10dは、当該体積比を目標のmfb50に変換する。 The target mfb50 calculation unit 10d calculates a volume ratio that satisfies the target value of cplf, as indicated by the solid arrow in FIG. 9, based on the target value of cplf, the estimated cplf, and the volume ratio. The target mfb50 calculator 10d converts the volume ratio into a target mfb50.
尚、図9の上図91のmfb50とcplfとの関係をデータ化して記憶しておき、目標mfb50算出部10dは、cplfの目標値と、mfb50の最遅角位置におけるcplfと、mfb50とcplfとの関係と、に基づいて、cplfの目標値を算出してもよい。以下において、mfb50とcplfとの関係は、mfb50-cplfモデルとして予め設定されている。ECU10は、mfb50-cplfモデルを記憶している(図13参照)。
Note that the relationship between mfb50 and cplf in the upper diagram 91 of FIG. The target value of cplf may be calculated based on the relationship between and. In the following, the relationship between mfb50 and cplf is preset as the mfb50-cplf model. The
点火時期設定部10eは、目標mfb50算出部10dが算出したmfb50の目標値に基づいて、混合気の燃焼が目標のmfb50となるように、点火時期を定める。点火時期が進角すると、mfb50も進角する。点火時期設定部10eは、設定した点火時期に従って、点火プラグ25に点火信号を出力する。
Based on the target value of mfb50 calculated by the target mfb50 calculation unit 10d, the ignition
CI影響割合算出部10fは、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて、燃焼室17内の燃焼がSPCCI燃焼であったか、又は、SI燃焼であったかを判断する。CI影響割合算出部10fはまた、燃焼がSPCCI燃焼であった場合には、当該燃焼におけるCI燃焼の影響割合を算出する。
The CI
図10の上図111は、燃焼がSPCCI燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生率dq/dθの変化(実線)と、混合気が自己着火せず、燃焼がSI燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生率dq/dθの変化(実線及び一点鎖線)と、を例示している。図10の下図112は、燃焼がSPCCI燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生Qの変化(実線)と、燃焼がSI燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生Qの変化(実線及び一点鎖線)と、を例示している。
The upper diagram 111 in FIG. 10 shows the change in the heat release rate dq/dθ with respect to the crank angle (solid line) when the combustion is SPCCI combustion, and the change when the mixture does not self-ignite and the combustion is SI combustion. change in heat release rate dq/dθ with respect to crank angle (solid line and dashed line). The
SPCCI燃焼は、点火により火炎伝播による燃焼が開始した後、θciにおいて、混合気が自己着火し、自己着火による燃焼が行われる。図10の上図111に示すように、SPCCI燃焼における熱発生率(dq/dθ)の波形は、SI燃焼による熱発生の山に、CI燃焼による熱発生の山が積み重なったような形状になる。図10の下図112に示すように、SPCCI燃焼における熱発生の変化は、θciよりも前と、θciよりも後とで、傾きが変わる。 In the SPCCI combustion, after combustion by flame propagation is started by ignition, the air-fuel mixture self-ignites at θci, and combustion by self-ignition is performed. As shown in the upper diagram 111 of FIG. 10, the waveform of the heat release rate (dq/dθ) in SPCCI combustion has a shape in which the heat release peaks due to SI combustion and the heat release peaks due to CI combustion are stacked. . As shown in the lower diagram 112 of FIG. 10, the change in heat release in SPCCI combustion changes in slope before θci and after θci.
CI影響割合算出部10fは、mfb10からmfb50までの期間における熱発生Qの傾きと、mfb10からdq/dθmax(つまり、dq/dθが最大となるクランク角)までの期間における熱発生Qの傾きとを比較することにより、燃焼室17内の燃焼がSPCCI燃焼であったか、又は、SI燃焼であったかを判断する。
The CI influence
mfb10からmfb50までの期間における熱発生Qの傾きは、下式(3)で表され、mfb10からdq/dθmaxまでの期間における熱発生Qの傾きは、下式(4)で表される。 The slope of heat release Q in the period from mfb10 to mfb50 is expressed by the following formula (3), and the slope of heat release Q in the period from mfb10 to dq/dθmax is expressed by the following formula (4).
((0.5Q-0.1Q)/(mfb50-mfb10)) …(3)
((dq/dθmaxQ-0.1Q)/(dq/dθmax-mfb10)) …(4)
SI燃焼であれば、式(3)の値と式(4)の値とは、ほぼ等しくなる。これに対し、SPCCI燃焼であれば、式(4)の値は、式(3)の値よりも大きくなる。
((0.5Q-0.1Q)/(mfb50-mfb10)) …(3)
((dq/dθmaxQ-0.1Q)/(dq/dθmax-mfb10)) …(4)
In the case of SI combustion, the values of equations (3) and (4) are approximately equal. On the other hand, for SPCCI combustion, the value of equation (4) is greater than the value of equation (3).
CI影響割合算出部10fは、式(3)と式(4)との比
((dq/dθmaxQ-0.1Q)/(dq/dθmax-mfb10))/((0.5Q-0.1Q)/(mfb50-mfb10))
が1を超えるのであれば、燃焼室17内の燃焼がSPCCI燃焼であったと判断する。また、前記比が大きいほど、CI影響割合算出部10fは、SPCCI燃焼におけるCI燃焼の影響が大きいと判断する。前記比の値は、SPCCI燃焼におけるCI燃焼の影響を示すCI影響割合である。
The CI influence
exceeds 1, it is determined that the combustion in the
cplf算出部10gは、燃焼室17内の燃焼がSPCCI燃焼であった場合に、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて実際のcplf(つまり、実測cplf。図11参照)を算出する。算出したcplfは蓄積される。蓄積されたcplfを使って、実際のcplfの標準偏差が算出される。実際のcplfの標準偏差は、前述したように、cplfの目標値の設定に利用される。
The
cplf算出部10gはまた、実測cplfに基づいて、mfb50とcplfとの関係(図9の上図91)、換言すると体積比とcplfとの関係(図9の下図92)を補正する。具体的に、cplf算出部10gは、目標mfb50算出部10dが目標mfb50を算出した手順とは逆の手順に従い、算出した実測cplfと、CI影響割合と、計測したmfb10及びmfb50とから、mfb50の最遅角位置におけるcplfを算出する(図11の矢印参照)。cplf算出部10gは、実測値に基づく、mfb50の最遅角位置におけるcplfと、cplf推定部10cが推定したmfb50の最遅角位置におけるcplfとを比較する。cplf算出部10gは、cplfのずれに応じて、mfb50とcplfとの関係、つまり、図9の下図92における直線を、ずれに応じて上下左右にオフセットする補正を行う(図11の矢印参照)。
The
mfb50算出部10hは、燃焼室17内の燃焼がSPCCI燃焼であった場合に、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて実際のmfb50(つまり、実測mfb50。図11参照)を算出する。mfb50算出部10hはまた、算出した実測mfb50に基づいて、mfb50推定部10bにおいて使用する自己着火モデルを補正する。
The mfb50 calculator 10h calculates the actual mfb50 (that is, the measured mfb50; see FIG. 11) based on the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor SW6 when the combustion in the
自己着火モデルの補正は、mfb50のずれが筒内温度のずれによって生じたと仮定して、自己着火モデルの温度に関係するパラメータを補正することにより行う。具体的に、mfb50算出部10hは、目標mfb50算出部10dが目標mfb50を算出した手順とは逆の手順に従って、実測mfb50と、CI影響割合とから、mfb50の最遅角位置における燃焼室17の体積を算出する。mfb50算出部10hは、実測値に基づく、mfb50の最遅角位置における体積を使って、自己着火モデルを温度について解き、mfb50推定部10bが推定したmfb50の最遅角位置における温度とのずれを、自己着火モデルに反映する。 Correction of the autoignition model is performed by assuming that the deviation of mfb50 is caused by the deviation of the in-cylinder temperature, and correcting the temperature-related parameters of the autoignition model. Specifically, the mfb50 calculation unit 10h follows a procedure opposite to the procedure in which the target mfb50 calculation unit 10d calculates the target mfb50. Calculate the volume. The mfb50 calculation unit 10h solves the self-ignition model for temperature using the volume at the most retarded angle position of mfb50 based on the actual measurement value, and calculates the difference from the temperature at the most retarded angle position of mfb50 estimated by the mfb50 estimation unit 10b. , to reflect the autoignition model.
(点火制御の手順)
図12は、ECU10が実行する点火プラグ25の点火制御に係る手順を示すフローチャートである。スタート後のステップS1において、ECU10は、各センサSW1~SW17の検知信号を読み込む。ステップS1の後、ECU10は、ステップS2~S7のプロセスと、ステップS8~S10のプロセスとを並行して実行する。
(Ignition control procedure)
FIG. 12 is a flowchart showing a procedure related to ignition control of the
ステップS2においてcplf目標値設定部10aは、前述したように、自動車の走行状態、及び/又は、エンジン1の運転状態に基づいて、cplfの制限値を定める。続くステップS3においてmfb50推定部10bは、混合気がSPCCI燃焼を行う場合の、mfb50の最遅角位置を、自己着火モデルに基づいて推定する。
In step S2, the cplf target
ステップS4においてcplf推定部10cは、ステップS3で推定したmfb50の最遅角位置におけるcplfを推定する。続くステップS5において、cplf目標値設定部10aは、ステップS2で設定したcplfの制限値からcplfの目標値を設定すると共に、目標mfb50算出部は、cplfの目標値と、ステップS3で推定した最遅角位置でのcplfとから、前述したように、mfb50の目標値を算出する。
In step S4, the cplf estimation unit 10c estimates cplf at the most retarded position of
ステップS6において点火時期設定部10eは、ステップS5で算出したmfb50の目標値から点火時期を設定する。そして、ステップS7において点火時期設定部10eは、点火プラグ25に点火信号を出力する。点火プラグ25は、点火信号に従って、燃焼室17内の混合気に点火する。
In step S6, the ignition
ステップS8においてCI影響割合算出部10fは、混合気がSPCCI燃焼をしたか否かを判断すると共に、SPCCI燃焼をした場合は、CI影響割合を算出する。続くステップS9においてmfb50算出部10hは、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて計測されたmfb50と、CI影響割合とからmfb50の最遅角位置を算出する。ステップS9で算出したmfb50の最遅角位置と、ステップS3で推定したmfb50の最遅角位置とのずれに基づいて、ECU10は、自己着火モデルを補正する。
In step S8, the CI influence
続くステップS10においてcplf算出部10gは、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて計測したcplfと、CI影響割合と、計測したmfb10及びmfb50と、に基づいて、最遅角位置でのcplfを算出する。ECU10は、ステップS10で算出したcplfと、ステップS4で推定したcplfとのずれに応じて、体積比とcplfとの関係を補正する。
In subsequent step S10, the
(エンジンの過渡時に対応した目標点火時期の設定)
前述したロジックに従い点火時期を制御すると、エンジンの運転状態が一定又はほぼ一定の定常時は、燃焼騒音の抑制と、燃費性能の向上とが両立する。しかしながら、エンジンの運転状態が変化する過渡時には、燃焼騒音が大きくなってしまう場合がある。
(Setting of target ignition timing corresponding to engine transient)
If the ignition timing is controlled according to the above-described logic, both suppression of combustion noise and improvement of fuel economy performance are achieved when the operating state of the engine is constant or substantially constant. However, when the operating state of the engine changes, the combustion noise may increase.
この問題は、cplfの目標値の設定に原因がある。つまり、前述したロジックにおいては、燃焼変動(燃焼のばらつき)を考慮して、cplfが制限値を超えないように、cplfの目標値を、計測したcplfの標準偏差を利用して定めていた。具体的には、cplfの制限値が、例えば3σとなるようにcplfの目標値を定めていた。尚、cplfの計測データは、ノイズの除去等を目的としてローパスフィルタ処理されている。 This problem is caused by setting the target value of cplf. That is, in the logic described above, the target value of cplf is determined using the standard deviation of the measured cplf so that the cplf does not exceed the limit value in consideration of the combustion variation (variation in combustion). Specifically, the target value of cplf is set such that the limit value of cplf is, for example, 3σ. Note that the cplf measurement data is subjected to low-pass filter processing for the purpose of noise removal and the like.
ところが、エンジン1の運転状態が時間の経過に対して変化する過渡時には、エンジン1の運転状態が刻々と変化することに伴い、燃焼変動も刻々と変化する。cplfの標準偏差も、エンジン1の過渡時には刻々と変化する。ローパスフィルタ処理された計測データに基づくcplfの標準偏差は、時間の経過に対して変化が遅い。エンジン1の過渡時に、計測データに基づくcplfの標準偏差を使ってcplfの目標値を定めると、cplfの目標値が、エンジン1の運転状態に対して大きくずれてしまい、その結果、cplfが制限値を超えてしまう。つまり、燃焼騒音が大きくなってしまう。
However, when the operating state of the
そこで、cplf目標値設定部10aは、モデルを使ってcplfの標準偏差を予測すると共に、予測したcplfの標準偏差を使ってcplfの目標値を定める。これにより、エンジン1の定常時及び過渡時のそれぞれにおいて、cplfが制限値を超えてしまうことを抑制する。
Therefore, the cplf target
図13は、cplf目標値設定部10aの構成を例示している。cplf目標値設定部10aは、図8に示すcplf目標値設定部10aに相当する。cplf目標値設定部10aは、cplf制限値設定部10a1、第1シグマ算出部10a2、第2シグマ算出部10a3、フィルタ処理部10a4、及び、補正部10a5を有している。
FIG. 13 illustrates the configuration of the cplf target
cplf制限値設定部10a1は、前述したように、エンジン1の運転状態に応じて、cplfの制限値を設定する(図14の上図141の破線参照)。
As described above, the cplf limit value setting unit 10a1 sets the cplf limit value according to the operating state of the engine 1 (see the dashed
第1シグマ算出部10a2は、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて計測した実際のcplfの標準偏差を算出する。前述したように、cplf算出部10gは、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて実際のcplfを算出する。第1シグマ算出部10a2は、実測cplfに基づいて、cplfの標準偏差を算出し、記憶する。
The first sigma calculator 10a2 calculates the standard deviation of the actual cplf measured based on the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor SW6. As described above, the
第2シグマ算出部10a3は、モデルを使ってcplfの標準偏差を算出する。具体的に、第2シグマ算出部10a3は、mfb50-シグマモデル、及び、mfb50-cplfモデルに基づいて、cplfの制限値におけるcplfの標準偏差を算出する。mfb50-シグマモデルは、mfb50とmfb50のばらつきとの関係を表す。mfb50-cplfモデルは、mfb50とcplfとの関係を表す。 The second sigma calculator 10a3 calculates the standard deviation of cplf using a model. Specifically, the second sigma calculation unit 10a3 calculates the standard deviation of cplf at the limit value of cplf based on the mfb50-sigma model and the mfb50-cplf model. The mfb50-sigma model represents the relationship between mfb50 and mfb50 variability. The mfb50-cplf model represents the relationship between mfb50 and cplf.
より詳細に、第2シグマ算出部10a3は、図14の上図141に示すように、cplf制限値設定部10a1が設定したcplfの制限値と、mfb50-cplfモデルとから、cplfの制限値に対応するmfb50を特定する。第2シグマ算出部10a3はまた、そのcplfの制限値に対応するmfb50の、1シグマ相当のcplfの標準偏差と、2シグマ相当のcplfの標準偏差と、3シグマ相当のcplfの標準偏差と、をそれぞれ算出する。そして、第2シグマ算出部10a3は、算出した1シグマ相当のcplfの標準偏差と、2シグマ相当のcplfの標準偏差と、3シグマ相当のcplfの標準偏差との平均値を、cplfの制限値におけるcplfの標準偏差とする。第2シグマ算出部10a3は、mfb50のばらつきに係るモデルを利用することによって、cplfの制限値におけるcplfの標準偏差σを、精度良く推定できる。 More specifically, as shown in the upper diagram 141 of FIG. 14, the second sigma calculator 10a3 calculates the cplf limit value from the cplf limit value set by the cplf limit value setting unit 10a1 and the mfb50-cplf model. Identify the corresponding mfb50. The second sigma calculator 10a3 also calculates the standard deviation of cplf equivalent to 1 sigma, the standard deviation of cplf equivalent to 2 sigma, and the standard deviation of cplf equivalent to 3 sigma of mfb50 corresponding to the cplf limit value, are calculated respectively. Then, the second sigma calculator 10a3 calculates the average value of the calculated standard deviation of the cplf equivalent to 1 sigma, the standard deviation of the cplf equivalent to 2 sigma, and the standard deviation of the cplf equivalent to 3 sigma, and calculates the limit value of the cplf as Let the standard deviation of cplf at The second sigma calculator 10a3 can accurately estimate the standard deviation σ of cplf at the limit value of cplf by using a model related to the variation of mfb50.
フィルタ処理部10a4は、第2シグマ算出部10a3が算出したcplfの標準偏差σに対して、ローパスフィルタ処理をしない第1標準偏差と、ローパスフィルタ処理をした第2標準偏差と、をそれぞれ算出する。 The filtering unit 10a4 calculates a first standard deviation without low-pass filtering and a second standard deviation with low-pass filtering for the standard deviation σ of cplf calculated by the second sigma calculating unit 10a3. .
図15は、cplfの標準偏差σの時間変化を例示している。図15の実線は、ローパスフィルタ処理をしない第1標準偏差の変化である。図15の例では、時刻t1以前は、エンジン1の定常時である。時刻t1以前において、第1標準偏差は、一定又はほぼ一定である。時刻t1からt2の間は、エンジン1の過渡時である。第1標準偏差は、図15の例では、エンジン1の運転状態が変化することに伴いステップ状に変化をしている。フィルタ処理をしない第1標準偏差は、エンジン1の運転状態の変化に対する応答性が高い。時刻t2以降は、エンジン1の定常時である。第1標準偏差は、一定又はほぼ一定である。
FIG. 15 illustrates temporal changes in the standard deviation σ of cplf. The solid line in FIG. 15 is the change in the first standard deviation without low-pass filtering. In the example of FIG. 15, the
図15の破線は、ローパスフィルタ処理をした第2標準偏差の変化である。時刻t1以前において、第2標準偏差も、一定又はほぼ一定でありかつ、第1標準偏差に一致又はほぼ一致する。時刻t2以降においても、第2標準偏差は、一定又はほぼ一定でありかつ、第1標準偏差に一致又はほぼ一致する。 The dashed line in FIG. 15 is the change in the second standard deviation after low-pass filtering. Before time t1, the second standard deviation is also constant or nearly constant and matches or nearly matches the first standard deviation. Even after time t2, the second standard deviation is constant or nearly constant and matches or nearly matches the first standard deviation.
時刻t1からt2の間において、第2標準偏差は、エンジン1の運転状態が変化することに伴い変化をするが、第2標準偏差の変化は、第1標準偏差の変化に比べて遅い。フィルタ処理をする第2標準偏差は、エンジン1の運転状態の変化に対する応答性が低い。図15の破線は、筒内圧センサSW6の計測信号に基づき、第1シグマ算出部10a2が算出する、実測cplfの標準偏差の変化に相当する。
Between times t1 and t2, the second standard deviation changes as the operating state of the
補正部10a5は、第1シグマ算出部10a2が算出した実測cplfの標準偏差を、第2シグマ算出部10a3がモデルを使って算出したcplfの標準偏差に基づいて補正する。具体的に、補正部10a5は、実測cplfの標準偏差に、ローパスフィルタ処理をしない第1標準偏差とローパスフィルタ処理をした第2標準偏差との差Δσ(図15参照)を加算する。 The correction unit 10a5 corrects the standard deviation of the measured cplf calculated by the first sigma calculation unit 10a2 based on the standard deviation of the cplf calculated by the second sigma calculation unit 10a3 using the model. Specifically, the correction unit 10a5 adds the difference Δσ (see FIG. 15) between the first standard deviation without low-pass filtering and the second standard deviation with low-pass filtering to the standard deviation of the measured cplf.
時刻t1以前、及び、時刻t2以降の、エンジン1の定常時は、Δσがゼロ又はほぼゼロである。補正部10a5は、第1シグマ算出部10a2が算出した実測cplfの標準偏差の補正を行わない。補正部10a5は、エンジン1の定常時は、図9の上図91に示すように、実測cplfの標準偏差に基づいて、cplfの制限値から目標値を設定する。
Before time t1 and after time t2, when the
これに対し、時刻t1からt2の間の、エンジン1の過渡時は、Δσがゼロではないため、補正部10a5は、第1シグマ算出部10a2が算出した、実測cplfの標準偏差を補正する。補正部10a5は、エンジン1の過渡時は、図14の下図142に示すように、実測cplfの標準偏差にΔσを加えて、cplfの制限値から目標値を設定する(図14の白抜きの矢印参照)。
On the other hand, since Δσ is not zero during the transition of the
補正部10a5は、第1シグマ算出部10a2が算出した実測cplfの標準偏差を、第2シグマ算出部10a3が、モデルを使って算出したcplfの標準偏差に基づいて補正する。補正部10a5は、モデルを使って算出したcplfの標準偏差を、筒内圧センサSW6の計測信号に基づいて算出したcplfの標準偏差に、フィードフォワード的に反映させる。 The correction unit 10a5 corrects the standard deviation of the measured cplf calculated by the first sigma calculation unit 10a2 based on the standard deviation of the cplf calculated by the second sigma calculation unit 10a3 using the model. Correction unit 10a5 feedforwards the standard deviation of cplf calculated using the model to the standard deviation of cplf calculated based on the measurement signal of in-cylinder pressure sensor SW6.
補正されたcplfの標準偏差は、エンジン1の過渡時におけるcplfのばらつきを表しているから、cplf目標値設定部10aは、エンジン1の過渡時に、cplfの目標値を適切に設定できる。その結果、エンジン1の過渡時においても、cplfが制限値を超えることが抑制される。例えば運転者がアクセルペダルを踏み込んだ際に、燃焼騒音が、大幅に増大してしまうことが抑制される。
Since the corrected standard deviation of cplf represents the variation of cplf when the
また、エンジン1の過渡時においても、mfb50が可能な限度で進角しているから、エンジン1の燃費性能が向上する。
Further, even when the
cplf目標値設定部10aは、エンジン1が定常時であるか、過渡時であるかを判断しない。エンジン1の制御ロジックが簡便になる一方で、エンジン1の定常時、及び、過渡時のそれぞれにおいて、cplfの目標値を適切に設定できる。燃焼騒音の抑制と、燃費性能の向上とが両立する。
The cplf target
次に、図16のフローを参照しながら、点火時期の設定について説明をする。図16のフローは、図12のフローのステップS5における、目標mfb50の算出手順を示している。 Next, setting the ignition timing will be described with reference to the flow of FIG. The flow of FIG. 16 shows the calculation procedure of the target mfb50 in step S5 of the flow of FIG.
先ずステップS51において、ECU10は、混合気がSPCCI燃焼を行う場合の、mfb50の最遅角位置、最遅角位置におけるcplf、及び、cplfの制限値に基づいて、cplf制限値におけるmfb50を算出する。
First, in step S51, the
続くステップS52において、ECU10は、cplf制限値におけるmfb50の、1σ、2σ、及び、3σのそれぞれに対応する、cplfの標準偏差を算出する。ECU10はまた、算出した、1σ相当のcplfの標準偏差、2σ相当のcplfの標準偏差、及び、3σ相当のcplfの標準偏差の平均を算出し、算出した平均値を、cplfの制限値における、cplfの標準偏差とする。
In subsequent step S52, the
ステップS53において、ECU10は、ステップS52において算出したcplfの標準偏差について、ローパスフィルタ処理をしない第1標準偏差とローパスフィルタ処理をした第2標準偏差との差Δσを算出し、当該Δσによって、筒内圧センサSW6の計測値から得られたcplfの標準偏差を補正する。前述したように、Δσがゼロ又はほぼゼロであれば、cplfの標準偏差は、実質的に補正されない。Δσがゼロでなければ、cplfの標準偏差は、補正される。
In step S53, the
そして、ステップS54において、ECU10は、cplfの制限値と、ステップS53で補正をしたcplfの標準偏差とに基づいて、cplfの目標値を設定し、続くステップS55において、ECU10は、設定したcplfの目標値と、最遅角位置でのcplfとから、目標mfb50を設定する。
Then, in step S54, the
目標mfb50が設定されれば、図12のフローのステップS6に進み、点火時期が設定されると共に、設定された点火時期で、点火が実行される(ステップS7)。 When the target mfb50 is set, the process proceeds to step S6 in the flow of FIG. 12, where the ignition timing is set and ignition is performed at the set ignition timing (step S7).
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン1に適用することに限定されない。エンジン1の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
Note that the technology disclosed herein is not limited to application to the
1 エンジン
10 ECU(制御部)
10a cplf目標値設定部
10a2 第1シグマ算出部
10a3 第2シグマ算出部
10a5 補正部
10b mfb50推定部
10c cplf推定部
10d 目標mfb50算出部
10e 点火時期設定部
17 燃焼室
25 点火プラグ(点火部)
SW1 エアフローセンサ(計測部)
SW2 第1吸気温度センサ(計測部)
SW3 第1圧力センサ(計測部)
SW4 第2吸気温度センサ(計測部)
SW5 第2圧力センサ(計測部)
SW6 筒内圧センサ(計測部)
SW7 排気温度センサ(計測部)
SW8 リニアO2センサ(計測部)
SW9 ラムダO2センサ(計測部)
SW10 水温センサ(計測部)
SW11 クランク角センサ(計測部)
SW12 アクセル開度センサ(計測部)
SW13 吸気カム角センサ(計測部)
SW14 排気カム角センサ(計測部)
SW15 EGR差圧センサ(計測部)
SW16 燃圧センサ(計測部)
SW17 第3吸気温度センサ(計測部)
1
10a cplf target value setting unit 10a2 first sigma calculation unit 10a3 second sigma calculation unit
SW1 Airflow sensor (measurement part)
SW2 1st intake air temperature sensor (measurement part)
SW3 1st pressure sensor (measurement part)
SW4 2nd intake air temperature sensor (measurement part)
SW5 2nd pressure sensor (measurement part)
SW6 In-cylinder pressure sensor (measurement part)
SW7 Exhaust temperature sensor (measurement part)
SW8 Linear O2 sensor (measurement part)
SW9 Lambda O2 sensor (measurement part)
SW10 water temperature sensor (measuring part)
SW11 Crank angle sensor (measurement part)
SW12 accelerator opening sensor (measurement part)
SW13 intake cam angle sensor (measurement part)
SW14 Exhaust cam angle sensor (measurement part)
SW15 EGR differential pressure sensor (measurement part)
SW16 Fuel pressure sensor (measurement part)
SW17 3rd intake air temperature sensor (measurement part)
Claims (5)
前記エンジンの運転に関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
前記計測部の計測信号を受けて演算を行うと共に、当該演算結果に基づく点火信号を、前記点火部に出力する制御部と、を備え、
前記計測部は、前記燃焼室内の圧力変化に対応する計測信号を出力する筒内圧センサを含み、
前記制御部は、前記点火部の点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの混合気が自己着火によって燃焼する部分自己着火燃焼が行われるよう、前記点火部に前記点火信号を出力し、
前記制御部は、
前記計測部の計測信号に基づいて設定される燃焼騒音指標(cplf)の制限値から、cplfの目標値を設定する目標値設定部と、
混合気の自己着火モデルに基づいて、前記混合気が部分自己着火燃焼を行う場合の、質量燃焼割合50%となるクランク角(mfb50)の最遅角位置を推定するmfb50推定部と、
前記目標値設定部が設定したcplfの目標値、mfb50推定部が推定したmfb50の最遅角位置、及び、予め定めたmfb50とcplfとの関係、に基づいて、cplfの目標値を満足する燃焼のmfb50を算出する目標mfb50算出部と、
前記目標mfb50算出部が算出した目標のmfb50となる点火時期を設定し、設定した点火時期に対応する点火信号を出力する点火時期設定部と、を有し、
前記目標値設定部は、
前記筒内圧センサの計測信号に基づく実際のcplfの標準偏差を算出する第1シグマ算出部と、
mfb50とmfb50のばらつきとの関係を表すmfb50-シグマモデルと、mfb50とcplfとの関係とに基づいて、前記cplfの制限値に対応するmfb50のばらつきから、前記cplfの制限値におけるcplfの標準偏差を算出する第2シグマ算出部と、
前記第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差を、前記第2シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に基づいて補正する補正部と、を有し、
前記目標値設定部は、前記cplfの制限値と、補正したcplfの標準偏差とに基づいて、cplfが前記制限値を超えないように、cplfの目標値を設定するエンジンの制御装置。
an ignition unit facing a combustion chamber of an engine mounted on an automobile and igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber based on an ignition signal;
a measurement unit that outputs measurement signals of parameters related to the operation of the engine;
A control unit that receives a measurement signal from the measurement unit and performs calculation, and outputs an ignition signal based on the calculation result to the ignition unit,
The measurement unit includes a cylinder pressure sensor that outputs a measurement signal corresponding to pressure changes in the combustion chamber,
The control unit causes the ignition unit to perform partial self-ignition combustion in which the remaining mixture burns by self-ignition after a part of the mixture starts combustion with flame propagation by ignition of the ignition unit. outputting the ignition signal;
The control unit
a target value setting unit that sets a target value of the cplf from a limit value of the combustion noise index (cplf) set based on the measurement signal of the measurement unit;
an mfb50 estimating unit that estimates the most retarded position of the crank angle (mfb50 ) at which the mass combustion ratio is 50% when the air-fuel mixture performs partial self-ignition combustion based on the self-ignition model of the air-fuel mixture;
Combustion that satisfies the target value of cplf based on the target value of cplf set by the target value setting unit, the most retarded position of mfb50 estimated by the mfb50 estimation unit, and the predetermined relationship between mfb50 and cplf a target mfb50 calculator that calculates the mfb50 of
an ignition timing setting unit that sets an ignition timing that becomes the target mfb50 calculated by the target mfb50 calculation unit and outputs an ignition signal corresponding to the set ignition timing;
The target value setting unit
a first sigma calculator that calculates the standard deviation of the actual cplf based on the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor;
Based on the mfb50-sigma model representing the relationship between mfb50 and mfb50 variation and the relationship between mfb50 and cplf, the standard deviation of cplf at the cplf limit from the mfb50 variation corresponding to the cplf limit a second sigma calculator that calculates
a correction unit that corrects the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculation unit based on the standard deviation of cplf calculated by the second sigma calculation unit;
The target value setting unit sets a target value of cplf based on the limit value of cplf and a corrected standard deviation of cplf so that cplf does not exceed the limit value.
前記補正部は、前記第2シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に対してローパスフィルタ処理をしない第1標準偏差と、前記ローパスフィルタ処理をした第2標準偏差との差を算出し、
前記補正部は、前記第1シグマ算出部が算出したcplfの標準偏差に、前記第1標準偏差と前記第2標準偏差との差を加えるエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1,
The correction unit calculates the difference between the first standard deviation without low-pass filtering and the second standard deviation after low-pass filtering with respect to the standard deviation of cplf calculated by the second sigma calculation unit,
The correction unit adds a difference between the first standard deviation and the second standard deviation to the standard deviation of cplf calculated by the first sigma calculation unit.
前記第2シグマ算出部は、
前記cplfの制限値に対応するmfb50の1シグマに相当するcplfの標準偏差と、
前記cplfの制限値に対応するmfb50の2シグマに相当するcplfの標準偏差と、
前記cplfの制限値に対応するmfb50の3シグマに相当するcplfの標準偏差と、
の平均値を、前記cplfの制限値におけるcplfの標準偏差とするエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1 or 2,
The second sigma calculator,
a standard deviation of cplf corresponding to 1 sigma of mfb50 corresponding to the cplf limit;
a standard deviation of cplf corresponding to 2 sigma of mfb50 corresponding to the cplf limit;
a standard deviation of cplf corresponding to the 3 sigma of mfb50 corresponding to the limit of cplf;
is the standard deviation of cplf at the limit value of cplf.
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて混合気が部分自己着火燃焼を行ったか否かを判断すると共に、部分自己着火燃焼を行った場合には、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて計測した実際のcplfを用いて、前記mfb50とcplfとの関係を補正するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 3,
The control unit determines whether partial self-ignition combustion of the air-fuel mixture has occurred based on the measurement signal of the cylinder pressure sensor, and if partial self-ignition combustion has occurred, measurement of the cylinder pressure sensor is performed. An engine control device that corrects the relationship between the mfb 50 and cplf using the actual cplf measured based on the signal.
前記mfb50推定部は、
混合気の自己着火モデル TCI A ×PCI B×(O2_rate)C ×φD /time=1
(但し、TCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の温度、PCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の圧力、O2_rateは燃焼室内の酸素濃度、φは混合気の当量比、timeは時間、A、B、C、Dはそれぞれ定数)、及び、
前記燃焼室内の圧力変化の関係式 PCI=PBDC×(VBDC/VCI)κ+Q×(κ-1)/VCI
(但し、PBDCは吸気下死点時の燃焼室内の圧力、VBDCは吸気下死点時の燃焼室内の体積、VCIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の体積、Qは混合気の燃焼により発生する熱量、κは混合気の比熱比)
に基づいて、燃焼室内の混合気が自己着火を開始する時点の前記燃焼室の体積VCIを推定すると共に、推定した体積VCIから、mfb50の最遅角位置を推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 4,
The mfb50 estimation unit
Self-ignition model of air-fuel mixture T CI A ×P CI B ×(O2_rate) C ×φ D /time=1
(However, T CI is the temperature in the combustion chamber when the air-fuel mixture self-ignites, PCI is the pressure in the combustion chamber when the air-fuel mixture self-ignites, O2_rate is the oxygen concentration in the combustion chamber, and φ is the equivalence ratio of the air-fuel mixture. , time is time, A, B, C, and D are constants), and
Relational expression of pressure change in the combustion chamber P CI = P BDC × (V BDC /V CI ) κ + Q × (κ - 1) / V CI
(However, P BDC is the pressure in the combustion chamber at intake bottom dead center, V BDC is the volume in the combustion chamber at intake bottom dead center, V CI is the volume in the combustion chamber when the mixture self-ignites, and Q is the mixture κ is the specific heat ratio of the air-fuel mixture)
, and estimates the most retarded position of mfb 50 from the estimated volume V CI of the combustion chamber at the time when the air-fuel mixture in the combustion chamber starts self-ignition.
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